Der sterreichische Fonds zur FFrderung der Wissenschaftlichen Forschung unterstttzte diese Arbeit im Rahmen des Projekts S06504.

Zusammenfassung

In unserem Labor wird die Wechselwirkung von Atomen mit aus stehenden Lichtfeldern gebildeten, rrumlich und zeitlich perodischen Potentialen studiert. Ein wesentliches Ziel unserer Arbeit ist es dabei, die Welleneigenschaften der Materie genauer zu erforschen. Unentbehrlich ffr diese Experimente ist ein leistungsffhiger Atomdetektor.

In meiner Diplomarbeit wird fr diese Experimente ein orts- und zeitaufllsendes Detektionssystem ffr den eeektiven Nachweis metastabiler Argonatome aufgebaut, das eine rrumliche Aufllsung von 20 Mikrometern und eine zeitliche von besser als 0,4 Mikrosekunden erreicht. Dieses System basiert auf einem ortsauflsenden Mikrokanalplattendetektor von Quantar Technology, dessen Widerstandsanode von einem Computersystem mit Hilfe eines Time to Amplitude Converters zeitaufgellst ausgelesen werden kann. Das Computersystem pulst hierffr die Atomquelle und miit die Flugzeit der Argonatome. Weiters steuert der Computer in unseren Experimenten einen auf einem motorisierten Halter montierten Spiegel und nimmt die gemessenen Daten in Abhhngigkeit dieser Parameter auf. Die Ortsaufllsung des Systems bringt dabei im Vergleich zu dem von diesem Detektor ersetzten nicht ortsaufllsenden Channeltrondetektor eine Verkkrzung der Meezeit um den Faktor 100, was die Durchffhrung der Experimente viel einfacher und bersichtlicher gestaltet.

Nach Aufbau des Detektions- und Steuersystems wurde dessen Leistungsffhigkeit in einem atomoptischen Beugungsexperiment demonstriert. Das in meiner Diplomarbeit beschriebene Experiment ist ein Braggbeugungsexperiment v on Argonatomen an einem stehenden Lichtpotential, wobei besonderes Augenmerk auf Beugungseeekte gerichtet ist, die auf Grund einer zeitlichen Intensitttsmodulation des verwendeten Laserstrahls entstehen. Diese Modulationseeekte stellen interessante, neue und in den herkmmlichen Beugungsexperimenten der Festkrperphysik nicht beobachtbare physikalische Erscheinungen dar. Die genaue Auswertung der experimentellen Befunde zieht e i n e P arallele zwischen der in unserem Labor realisierten Atombeugung an Laserstrahlen und der in der Kristallographie weithin gelluugen Methode der Rntgenbeugung an Kristallen.

Diese Experimente demonstrieren die erreichte Verbesserung des Detektionssystems in Hinblick auf dessen einfache Handhabung, die bersichtliche Darstellung der Meeergebnisse noch i m V erlauf der Messung, die Automatisation des Meeablaufs durch Steuerung der Meeparameter vom Computer aus und vor allem in Hinblick auf die ermmglichte drastische Verkkrzung der Meezeit.

Inhaltsverzeichnis

1  bersicht ber unser Labor  1

1.1  Die Atomstrahlapparatur  2

1.2  Der Detektor in der Anlage  5

1.3  Die Lichtquellen  8

2  Der Detektor  11

2.1  Die Detektion metastabilen Argons  12

2.2  Typ des verwendeten Detektors  14

2.3  Der Detektor im Zusammenhang mit dem Experiment  23

2.4  Computerllsung der Datenaufnahme  33

2.5  Grenzen des Programms  52

2.6  Die erreichte Leistung des Detektionssystems  55

3  Das Experiment  63

3.1  bersicht ber das Experiment  64

3.2  Theoretische berlegungen zum Experiment  66

3.3  Der experimentell e A u f b a u  80

3.4  Datenauswertung  86

3.5  Weitere experimentelle Beobachtungen 1 0  4

  Zusammenfassung  110

Anhang 113   

A  Die Histogramme  113

  A.1 Standardhistogramm 1 1  4

  A.2 Zeitaufllsende Histogramme  122

  A.3 Abbildungseigenschaften der Histogrammroutine  126

B  Die LABVIEW Programme  127

  B.1 Der Standardmeebetrieb  127

  B.2 Der zeitaufllsende Meebetrieb  131

  B.3 Standardsteuerung des Piezoelement s 1 3  4

  B.4 Zeitaufllsende Steuerung des Piezoelements 1 3  6

C  Hardware-Kabelverbindungen  139

Kapitel 1

bersicht ber unser Labor

In unserem Labor wird die Wechselwirkung von Atomen mit rrumlich und zeitlich periodischen Potentialen studiert. Ziel ist es dabei, die Welleneigenschaften der Materie genauer zu erforschen. In unseren Experimenten verwenden wir das Edelgas Argon, das sich besonders gut ffr diese Experimente eignet. Als Mglichkeit zur Manipulation der Atome bietet sich infrarotes Licht durch dessen Wechselwirkung mit den Argonatomen an.

Argon eignet sich auf Grund seiner spektralen Struktur mit metastabilen Anregungszusttnden gut ffr unsere Experimente..20] V on den metastabilen Elektronenkonngurationen des Edelgases ausgehend gibt es viele berggnge, die mit Lasern bei Wellenllngen um 800 nm im nahen Infrarot einfach stimulierbar sind. Von einem dieser metastabilen Kongurationen, dem ^1s 5 Zustand, ausgehend existieren sowohl in sich geschlossene Zyklen verschiedener Anregungszusttnde als auch Zustandsabfolgen, die nicht w i e d e r i n d e n A u s -gangszustand zurrckffhren (siehe Abschnitt 3.3). Durch Abstimmung der Laser auf diese berggnge lassen sich vielffltige Wechselwirkungseigenschaften zwischen den Atom und dem Lichtfeld untersuchen..20, 18, 3, 5, 6, 4] Ein weiterer Grund fr die Verwendung metastabiler Argonatome ist deren einfache Nachweisbarkeit ber die in der metastabilen Elektronenkonguration gespeicherte potentielle Energie von 11,6 eV.

Der Aufbau im Labor besteht aus zwei Teilen, einer Vakuumkammer und einem optischen System. In der Vakuumkammer werden metastabil angeregte Argonatome von einer Gasexpansionsquelle emittiert. Durch z w ei Kollimationsspalte wird daraus ein Atomstahl prrpariert. Dieser passiert einen in der Wechselwirkungszone angebrachten Spiegel, an dem ein Laserstrahl reeektiert wird. Nach einer freien Flugstrecke n a c h der Wechselwirkung werden die Atome des Strahls schlieelich v om Atomdetektor, der Gegenstand dieser Diplomarbeit ist, detektiert. Das optischen System auf einem Tisch unmittelbar daneben umfaat neben den Laser-Lichtquellen Polarisatoren, einen akusto-optischen Modulator zur Intensitttsmodulation des Laserstrahls, ein Teleskop zu dessen Aufweitung und Spiegel zur Lenkung der Lichtstrahlen.

Diese Teile des Experiments sollen auf den folgenden Seiten kurz beschrieben werden.

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1.1 Die Atomstrahlapparatur

Die Atomstrahlapparatur in unserem Labor dient zur Erzeugung eines feinen Atomstrahls. Die Vakuumkammer besteht aus drei Teilen, der Quelle fr metastabile Argonatome, der 1,55 Meter langen Kollimationsstrecke und der Wechselwirkungszone mit freier Flugstrecke von 1,24 Meter bis zur Detektion der Atome. Insgesamt wird in der Apparatur ein 3,0 Meter langer Atomstrahl prrpariert. (siehe Abbildung 1.1)

In diesen drei Teilen wird mit je einer Turbomolekularpumpe das erforderliche Hochvakuum durch diierentielles Pumpen erzeugt. Im Quellenteil der Apparatur betrrgt der Druck auf Grund der hohen Ausstrrmrate der Quelle 2 10 ^;5 mbar, in der Kollimationsstrecke 5 10 ^;9 mbar, in der Wechselwirkungskammer wird ein Druck v on 1 10 ^;7 mbar erreicht. Wesentlich ffr die Atomstrahlintensittt ist, daa die Argonatome whrend ihrer Flugstrecke v on der Quelle bis zum Detektor mit keinem Atom des Hintergrundgases stooen. Kollissionen mit Atomen des Hintergrundgases streuen die metastabilen Argonatome aus dem Atomstrahl und regen sie ber Penning-Ionisation ab und reduzieren damit drastisch d i e v erbleibende Strahlintensittt..20, 23] Um dies zu verhindern, muu die mittlere freie Wegllnge zwischen zwei Sttten mit dem Hintergrundgas viel llnger als der Atomstrahl selbst sein, also llnger als 3 Meter. Die sich a u s d e n v orherrschenden Drrcken ergebende freie Wegllnge der Atome betrrgt circa 640 Meter,,24] sodaa trotz vereinzelter Stooabregung circa 99,7% der von der Quelle emittierten Atome den Detektor erreichen..20]

Die Gasexpansionsquelle dient der Produktion metastabil angeregter, neutraler Argon-atome..15] Die aus einer Gassasche bezogenen Argonatome werden durch Elektronenstoo in

Abbildung 1.1: In dieser Skizze der Atomstrahlapparatur sind die Wesentlichen Teile des Aufbaus dargestellt (von rechts nach links): Atomquelle, erster Kollimationsspalt, zwei Ventile zur Trennung der drei Teile der Vakuumkammer, zweiter Kollimationsspalt, Wechselwirkungszone mit einem typischem Beugungsexperiment, die sich daran anschlieeende freie Flugstrecke und schlieelich d e r A tomdetektor.

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einer Gasentladung (ZZndspannung um 1000 Volt) bei einem Druck v on 5-10 mbar in sehr energiereiche Anregungszusttnde versetzt von welchen sie mit einer hohen Wahrscheinlichkeit unter Aussendung blauen Lichts wieder in den Grundzustand zurrck fallen..23] Ein Anteil von 10 ^;6 bis 10 ^;4 von den insgesamt v on der Quelle emittierten Atomen gelangt jedoch entweder in den metastabilen ^1s 3 oder ^1s 5 Zustand. Die relativen Besetzungszahlen dieser beiden Zusttnde betragen 15% beziehungsweise 85%, was sich aus den bergangswahrscheinlichkeiten aus hohen Energieniveaus ergibt..20, 14] Unser Experiment arbeitet dann ausschlieelich m i t A tomen, deren Elektronen sich im metastabilen ^1s 5 Zustand beenden, der eine Lebensdauer von 20 Sekunden aufweist..13] Die Atome im ^1s 3 Zustand werden zwar detektiert, sind aber sonst mit dem Experiment w echselwirkungsfrei. Die Emissionsrate der Quelle betrrgt im Dauerbetrieb um 2 000 Atome pro Sekunde, im gepulsten Betrieb liegt sie bei circa 200 Atomen pro Sekunde. Die Geschwindigkeitsverteilung des Atomstrahls wurde genau vermessen, sie entspricht einer Jet-Strahlverteilung mit einer mittleren Geschwindigkeit von 645 m s und einer FWHM-Geschwindigkeitsverteilung von 313 m s . Dies entspricht

einer Strahltemperaturr von 460 K oder 185 C..20, 11] Die Atome haben eine de-Broglie Wellenllnge von 0,17 .

Bei unseren Experimenten wird in der Wechselwirkungszone ein Impuls auf die Atome des Atomstrahls bertragen, der bewirkt, daa gebeugte Atome die Wechselwirkungszone unter einem gewissen Winkel zur Einfallsrichtung verlassen. Der Beugungswinkel betrrgt typisch 20 rad (der Ablenkwinkel ist der doppelte Beugungswinkel, siehe die genaue Beschreibung des Experiments, Seite 633.), sodaa die Divergenz des Atomstrahls deutlich geringer als der Beugungswinkel sein muu. Durch K ollimation mittles zweier 1,55 Meter voneinander entfernter, 3 mm hoher rechteckiger Spalte (der erste 10 m, der zweite 5 m breit) wird ein Atomstrahl mit einer Strahldivergenz von 5 rad prrpariert..3] In der Detektionsebene ist dieser 9 m breit und 5,4 mm hoch (alle Angaben in FWHM).

Unmittelbar an die Kollimationsstrecke s c hlieet sich die Wechselwirkungszone an. Zur Reeexion eines einfallenden Laserstrahls ist dort auf einer optischen Bank ein dielektrischer Spiegel montiert, der 5 cm im Durchmesser miit. Kritisch hierbei ist dessen Ebenheit, sie muu mindestens ein Zehntel der verwendeten Laserwellenllnge von rund 800 nm betragen, da sich ansonsten keine gengend gut ebene stehende Lichtwelle bei Reeexion an diesem Spiegel aufbauen kann..18] Dieser dreipunktgelagerte Spiegel kann durch Piezomotoren um die durch den Atomstrahl deenierte longitudinale Achse und um die vertikale Achse gedreht w erden. Zusstzlich k ann diese Verdrehung mittels eines Piezokristalls noch feiner abgestimmt w erden und ist auf 1 Mikrorad genau und reproduzierbar..18] A u c h diese Auflsung ist ausreichend feiner als die beobachteten Beugungswinkel. Dieser Winkel ist einer der entscheidenden Parameter unserer Messungen.

Auf die Wechselwirkungszone folgt eine freie Flugstrecke des Atomstrahls von 1,24 Metern. Diese Strecke dient der Aufspaltung der in der Wechselwirkungszone erzeugten abgelenkten Atomstrahlen vom unabgelenkten Strahl. Der beobachtete Ablenkwinkel setzt sich durch die freie Flugstrecke in eine rrumliche Separation dieser Strahlen von 50 m um. Die Flugzeit der Atome, die mit der Entfernung des Detektors von der Wechselwirkungszone ansteigt, eine mmgliche thermische Verformung der Atomstrahlapparatur und nicht zuletzt der der im Labor verffgbare Platz begrenzen die sinnvoll realisierbare Entfernung jedoch, sodaa die realisierte freie Flugstrecke v on 1,24 Meter einen guten Kompromii zwischen diesen

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Parametern darstellt.

Der Detektor, dessen Einbau im folgenden Abschnitt erkllrt wird, schlieet die Anlage ab.

Eine bersicht ber die Apparatur gibt eine schematische Zeichnung in Abbildung 1.2.

Abbildung 1.2: Die schematische bersicht t b e r d i e A tomstrahlapparatur zeigt die Atomquelle als Zylinder am oberen rechten Ende der Anlage. Unmittelbar daran schlieet sich die 1,55 m lange, aus einem 10 und einem 5 m dnnen Spalt bestehende Kollimationsstrecke an, an deren Ende sich in der Wechselwirkungszone ein Spiegel zur Reeexion des von auen einfallenden Laserstrahls beendet. Nach einer freien Flugstrecke v on 1,24 m schlieet die Apparatur mit dem Detektor ab. Die Abbildung ist nicht ganz maastabgetreu, gibt die Proportionen aber korrekt wider.

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1.2 Der Detektor in der Anlage

Die Hauptaufgabe des Detektors ist es, den Ort der auf seiner Oberrrche ankommenden Atome festzuhalten. Dies geschieht i n d e m d i e P osition eines von einem aufgetrooenen Atom aus dem Detektormaterial herausgellsten Elektrons festgestellt wird. Da die Atome ffr ihren Nachweis sehr energiegeladen sein mssen um Elektronen, deren Bindungsenergie 6,2 eV b etrrgt, ausllsen zu knnen, bleibt die Detektion metastabilen Atomen mit deren gespeicherter potentieller Energie von 11,6 eV v orbehalten. Die blooe kinetische Energie der Atome im Argonstrahl (1/5 eV) reicht zum Nachweis nicht aus. Aus diesem Grund werden auch A tome aus dem Hintergrundgas nicht registriert und verursachen so kein Rauschen im Detektionssystem.

Das von einem metastabilen Argonatom ausgellste primmre Elektron wird in einem Stapel von drei Mikrokanalplatten um den Faktor 10 ⁷ zu einer Elektronenlawine versttrkt, deren Position von einer Ausleseelektronik bestimmt w erden kann.

FFr bestimmte Experimente ist eine Flugzeitmessung der Argonatome vonnnten. Die er-forderliche zeitliche Aufllsung des Detektionssystems liegt auf Grund der Eigenschaften der Atomquelle im gepulsten Betrieb bei circa 100 s, sodaa die Mikrokanalplatten in deutlich weniger als 100 s ausgelesen werden mssen. Diese Schnelligkeit und zeitliche Prrzision wird durch Auslesen mit einer Widerstandsanode erreicht. Die zwar rrumlich h o c haufllsenden CCD-Cameras knnen nicht s c hnell genug ausgelesen werden um eine dem entsprechende zeitliche Emppndlichkeit zu garantieren.

Die erforderliche Aufllsung des Detektionssystems im Ort muu die Separation von gebeugten und ungebeugten Atomen von 50 m klar detektieren knnen, es ist daher eine FWHM Aufllsung von unter 25 m ntig. Da der Lochabstand der verwendeten Mikrokanalplatten lediglich 3 2 m betrrgt, ist schon allein deshalb eine Erhhhung des rrumlichen Aufllsungsvermmgens des Detektors vonnnten. Dazu ist dieser unter einem Winkel von 9,3 Grad schrrg zur Flugrichtung des Atomstrahls eingebaut, was die Aufllsung des Detektors um das 6,2fache steigert.

Um eine mmglichst hohe Flexibilittt in der Justierung des gesamten Experiments zu ermmglichen, ist der Detektor auf einem Verschiebetisch montiert, der eine Translation von 2,5 cm quer zum Strahl ermmglicht. Der gesamte Einbau des Detektionssystems ist in den beiden folgenden Abbildungen 1.3, 1.4 und 1.5 dargestellt.

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Abbildung 1.3: Dieses Foto zeigt den Anschluu des Deteko r s a n d i e V akuumkammer. Der Detektor selbst beendet sich v on auuen sichtbar in einem schrrggestellten Kreuz am Ende der Vakuumkammer 1,24 Meter von der Wechselwirkungszone entfernt.

Abbildung 1.4: Die schematische bersicht ber den Detektor zeigt dessen Montage auf dem von auuen verstellbaren Verschiebetisch, der wie in Abbildung 1.2 gezeigt schief in die Atomstrahlapparatur eingebaut ist. Am Detektor selbst erkennt man die schwarzen Mikrokanalplatten, die von zwei goldbeschichteten Ringen gehalten werden. Das Positionssignal eines registrierten Atoms wird in vier Strrmen codiert, die aus der Vakuumkammer geffhrt werden. Die weiteren Anschllsse des Detektors betreeen dessen Spannungsversorgung. Die Abbildung ist maastabsgetreu.

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Abbildung 1.5: Das Foto des eingebauten Detektors zeigt diesen durch ein Sichtfenster von oben. Gut sichtbar sind die Mikrokanalplatten, die Widerstandsanode sowie der Haltering der Platten. Die Halterung des Detektors sowie die Daten- und Spannungskabel sind ebenfalls gut erkennbar.

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1.3 Die Lichtquellen

Im Experiment nden ausschlieelich Laser zur Erzeugung der im Experiment benntigten Lichtstrahlen Verwendung.

Die eingesetzten Laser dienen zur Manipulation des Edelgases Argon, wobei stets mit dem metastabilen elektronischen ^1s 5 Zustand des neutralen Argonatoms operiert wird, bei dem ein Elektron aus seinem Grundzustand im 3p Orbital in den 4s Orbital angeregt ist. Dieser Zustand weist eine Anregungsenergie von 11,6 eV ber dem Grundzustand auf. Von diesem metastabilen Zustand ausgehend hat das Edelgas zwei starke bergangsresonanzen bei 802 nm und bei 812 nm, bei denen das angeregte Elektron vom 4s jeweils in den 4p Orbital angehoben wird. Eine genauere bersicht ber das Energieschema von Argon wird erst sppter, in Abbildung 3.10, gegeben. Beide berggnge liegen also im nahen Infrarot. Die von der Quelle ebenfalls emittierten und detektierten, jedoch mit dem Experiment w echselwirkungsfreien ^1s 3 Atome knnen ber den ^2p 4 Zustand durch Einstrahlung von ebenfalls infrarotem 795 nm Licht in den nicht detektierten Grundzustand abgepumpt werden.

In diesem Bereich des elektromagnetischen Spektrums gibt es eine Vielzahl verffgbarer Lasersysteme, von denen in unserem Labor ein Hochleistungssystem Verwendung ndet. Es besteht aus einem Argon-Ionen Laser im Verbund mit einem Titan-Saphir Laser. Der Argon-Ionen Laser liefert im Dauerbetrieb grrnes Licht einer xen Wellenllnge mit rund 13 Watt Leistung, das der Titan-Saphir Laser in bis zu 1,5 Watt roten beziehungsweise infraroten Lichts, allerdings bei einer in einem sehr grooen Bereich f r e i w hlbaren Frequenz, umsetzt.

Der weitere optische Aufbau des Experiments auf einem optischen Tisch neben der Vakuumapparatur dient der Messung und Manipulation der Laserstrahlen. Die Wellenllnge des vom Titan-Saphir Laser emittierten Lichts wird mit Hilfe eines Wavemeterss gemessen. Der Laser kann mit Polarisatoren und Strahlteilern auf eine benntigte Intensittt eingestellt und mit einem akusto-optischen Modulator aus und eingeschaltet werden. Zu der ebenfalls nntigen Aufweitung des Gauu ^'schen Strahlprools verwenden wir Teleskope und Blenden, die wie im jeweiligen Experiment erforderlich aufgebaut werden. Schlieelich m uu der Lichtstrahl ber Spiegel genau senkrecht auf den Spiegel in der Wechselwirkungszone der Vakuumkammer gelenkt werden.

Auuerdem beenden sich n o c h drei Diodenlasersysteme auf dem Tisch, die im Bedarfsfall vom Titan-Saphir Laser unabhhniges, ebenfalls infrarotes Licht zur Manipulation der Argonatome produzieren. Die Diodenlaser nden in den Experimenten dieser Diplomarbeit aber keine Anwendung.

Der optische Aufbau wird in Abbildung 1.6, das Keplerteleskop in Abbildung 1.7 gezeigt.

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Abbildung 1.6: Die schematische bersicht ber das optische System zeigt das Lasersystem aus dem Argon-Ionen Laser, der mit seinem grrnen Licht den Titan-Saphir Laser, der infrarotes Licht emittiert, pumpt. Das infrarote Licht wird dann durch einen akusto-optischen Modulator geschickt und im Anschluu daran durch ein Keplerteleskop aufgeweitet. Der so prrparierte Strahl wird dann in die Vakuumkammer geschickt.

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Abbildung 1.7: Dieses Foto zeigt die Aufweitung des Laserstrahls durch das Keplerteleskop sowie den Eintritt des aufgeweiteten Strahls in die Vakuumkammer. Der Argon-Ionen Laser ist im Vordergund erkennbar.

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Kapitel 2

Der Detektor

In unseren Experimenten ist es die Hauptaufgabe des Detektors, den genauen Ort der an seiner Oberrrche ankommenden Argonatome festzuhalten, insbesondere in Hinsicht auf eine Ablenkung der Atome von ihrer durch d i e K ollimation vorgegeben Flugbahn. Diese Ablenkung erfolgt ausschlieelich quer zum Strahlprool, also in horizontaler Richtung. Da eine vertikale Ablenkung auf Grund des experimentellen Aufbaus nicht m g l i c h ist, ¹ ist eine eindimensionale Ortsaufllsung bisher vllig ausreichend.

In manchen Experimenten ist eine zusstzliche Erfassung der Flugzeit der Atome von der Quelle zum Detektor und damit eine Erfassung der Atomgeschwindigkteit von Vorteil, da Materiewellen im Unterschied zu elektromagnetischen auch i m V akuum eine gewisse Dispersion die Abhhngigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle von der Wellenllnge aufweisen. Diese ergibt sich n a c h de-Broglie aus dB = h mv . D a A tome verschiedener Wellenllnge und auf Grund der Dispersionsrelation damit Atome verschiedener Geschwindigkeit u n terschiedlich mit ein und demselben Lichtfeld wechselwirken, mssen diese Dispersionserscheinungen bei der Auswertung des Experiments berrcksichtigt werden.

¹ Ausgenommen hiervon ist die Ablenkung der Atome durch G r a vitation, diese ist jedoch in den Experi-

menten nicht v on Interesse.

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2.1 Die Detektion metastabilen Argons

Die metastabilen Argonatome unseres Versuchsaufbaus knnen ber deren Wechselwirkung mit der Oberrrche des verwendeten Detektors nachgewiesen werden.

Die Emission eines Elektrons beim Auftreeen eines Atoms auf einer Oberrrche

Der Beschuu einer Festkrperoberrrche mit neutralen oder ionisierten Atomen beziehungsweise Molekklen kann Emission von Elektronen verursachen. Diese Elektronen gelangen durch die bertragung von potentieller und/oder kinetischer Energie des auftreeenden Teilchens ins Vakuum. Bei der kinetischen Emissionn wird die Bewegungsenergie des Projektils direkt auf die Festkrperelektronen bertragen..9] Da die Elektronen im Festkrper zumeist stark gebunden sind, ist kinetische Emission erst ab sehr hoher Bewegungsenergie und damit Geschwindigkeit der Projektile mmglich. Die sogenannte Potentialemissionn hingegen, bei der im Teilchen gespeicherte potentielle Energie auf die Festkrperelektronen bertragen wird, kann bis zu sehr kleiner Geschwindigkeit der Teilchen statttnden. Bei diesem Wechselwirkungsprozee knnen sich der Festkrperoberrrche nnhernde Teilchen, welche ber hinreichend grooe potentielle Energie verffgen, Elektronen mit dem Festkrper austauschen und diese ber Augerprozesse ins Vakuum freisetzen..12]

Das Detektormaterial, hochreines Nichrom, weist nach Angaben des Herstellers Galileo Corporation eine Bindungsenergie der Elektronen von circa 6,2 eV auf. Die Atome des in unserem Labor prrparierten Argonstrahls besitzen eine Geschwindigkeit von 400 bis 1000 m s ,

womit eine kinetische Energie von 1/30 bis 1/5 eV einhergeht. Die kinetisch angeregten Elektronen knnen die Oberrrchenbarriere daher nicht berwinden, sodaa kinetische Elektronenemission als Detektionsmmglichkeit ausscheidet.

Der ffr unsere Zwecke taugliche Detektionsmechanismus ist also die Potentialemission. Diese benutzt die im metastabilen ^1s 5 Zustand des Argonatoms gespeicherte potentielle Energie von 11,6 eV, die weit ber der Bindungsenergie des Materials liegt. Die Potentialemission wird durch v or der Festkrperoberrrche statttndende Elektronentausch- und Abregungsprozesse verursacht.

NNhert sich e i n T eilchen der Festkrperoberrrche, sinkt mit kleiner werdendem Ab-stand die durch das Potential des Atoms und des Festkrpers gebildete Elektronenbarriere. Das ffhrt dazu, daa ab einer bestimmten Distanz die Elektronen resonant zwischen Atom und Festkrper ausgetauscht w erden knnen. Die Elektronenaustauschraten hhngen mit der berlappung der quantenmechanischen Wellenfunktionen der Atome der Festkrperoberrrche und des sich nhernden Atoms zusammen, die in etwa exponentiell mit der Entfernung der beiden Wellenfunktionen abnimmt. Daher sind die wahrscheinlichsten Elektronenaustauschprozesse jene zwischen den am schwchsten im Festkrper gebundenen Elektronen und hoch angeregten Atomzusttnden, deren Wellenfunktionen nher am Festkrper lokalisiert sind als die der Innenschalenelektronen. Bei diesen Austauschprozessen selbst werden noch k eine Elektronen emittiert, es entstehen aber Argon-Ionen. Mgliche Folgeprozesse dieses Elektronenaustausches sind Augerneutralisation und Augerabregung, bei denen ber Zweielektronenprozesse erst Elektronenemission statttndet.

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Die Augerneutralisation emittiert ein Elektron aus dem Festkrper ins Vakuum. Zwei Festkrperelektronen sind in diesen Prozee involviert, eines wird auf das Argonatom bertragen und neutralisiert dieses, das zweite, das mit dem ersten in Wechselwirkung steht und hierdurch Energie erhhlt, wird aus dem Festkrper ins Vakuum emittiert.

Bei der Augerabregung wechselwirkt ein sich nherndes angeregtes Argonatom mit einem Elektron des Festkrpers. Hierbei kann ein Elektron von einem angeregten in einen tieferen Atomzustand bergehen und dabei Energie an ein Elektron im Leitungsband des Festkrpers bertragen, das diesen nach berwindung der Barriere verlassen kann. Es besteht auch d i e umgekehrte MMglichkeit, daa ein Elektron aus dem Festkrper ber Elektronenaustausch d e n freien Grundzustand des angeregten Argonatoms besetzt und das hochangeregte Elektron des Atoms gleichzeitig dirket vom Orbital ins Vakuum emittiert wird. Beide Prozesse sind von auuen nicht z u u n terscheiden.

Alle diese Prozesse nden whrend einiger Femtosekunden statt. Aus diesem Grund kann Abregung unter Aussendung von Photonen und darauuolgende Ausllsung von Photoelektronen durch diese Photonen als Detektionsmechanismus ausgeschlossen werden.

Insgesamt k nnen also nur angeregte Argonatome nachgewiesen werden, nicht a b e r A tome, die sich in ihrem elektronischen Grundzustand beenden, was ffr unser Experiment wesentliche Konsequenzen hat.

Der Nachweis des Primmrelektrons

Das aus dem Detektormaterial ausgeschlagene Elektron, das sogenannte Primmrelektronn, wird im Feld einer Beschleunigungsspannung von circa 1000 Volt in einer Mikrokanalplatte stark beschleunigt, wodurch es Energie gewinnt. Durch K ollission mit dem Material des Detektors werden weitere Elektronen, sogenannte Sekunddrelektronenn, aus dem Festkrper ausgellst, die ihrerseits beschleunigt werden und weitere Elektronen ausllsen knnen. Auf diesem Weg entsteht e i n e L a wine von Elektronen ffr jedes registrierte Pimmrelektron und damit ffr jedes registrierte Argonatom.

Dieser Ladungs- beziehungsweise Strompuls kann nun ohne grrbere Schwierigkeiten ortsaufgellst mit einer Widerstandsanode gemessen und damit letztlich die Ankunft eines metastabilen Argonatoms am Detektor festgestellt werden.

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2.2 Typ des verwendeten Detektors

In unseren Experimenten ist es die Aufgabe des Detektors, den Ort der an seiner Oberrrche ankommenden Argonatome in einer Dimension und die Ankunftszeit der Atome mglichst genau festzuhalten. Zur genauen Justierung des Aufbaus ist eine zweidimensionale Ortsaufllsung jedoch v on grooem Vorteil.

Der Vorteil der Ortsaufllsung ist im Vergleich zu einem nicht ortsauflsenden System ersichtlich. Das ursprrnglich in die Anlage eingebaute Detektionssystem bestand aus einem rtlich nicht sensitiven Channeltron als Detektor. Das Atommuster wurde durch einen dem Channeltron vorangestellten Schlitz rasternd mit typisch 100 Rasterpunkten abgetastet. Gegenber einem ortsaufllsenden Detektor, der die interessanten Bereiche simultan vermessen kann, erfordert dieses rasterndes Verfahren eine um den Faktor 100 llngere Meezeit um das selbe Atommuster abzutasten. Daher ist ein rasterndes Verfahren gegenber einem ortsaufllsenden System im Nachteil.

Die Notwendigkeit der Zeitaufllsung ergibt sich aus den Dispersionseigenschaftten von Materiewellen im Vakuum. Da Atome unterschiedlicher Geschwindigkeit und damit Wellenllnge unterschiedlich mit dem duch d i e L i c htwellenllnge bestimmten L i c htpotential des Experiments wechselwirken, ist eine Erfassung der Flugzeit der Atome von der Quelle bis zum Detektor und damt eine Messung der Atomgeschwindigkeit i n m a n c hen Experimenten von Vorteil. Die Dispersion der Atomwellen kann in der Datenauswertung dann entsprechende Berrcksichtigung nden. Ein Beispiel fr die Notwendigkeit der Geschwindigkeitsaufllsung gibt Abbildung 2.1.

Das in dieser Diplomarbeit aufgebaute Detektionssystem, es basiert auf einem Detektor von Quantar Technology, liefert die Position eines nachgewiesenen Argonatoms ber Zwischenschritte Koordinaten dieses Punktes. Das vom Argonatom ausgellste Primmrelektron wird durch einen Mikrokanalplatten-Elektronenversttrker zu einer Ladungslawine vervielfacht. Deren Position wiederum wird von einer Widerstandsanode in vier Ladungssignalen codiert, je nach dem Ort ihres Auftreeens und dem dementsprechenden Abbieeen der Elektronen zu den Ecken der Anode. Diese Ladungssignale werden aus der Vakuumkammer herausgeffhrt und von einer Auswertungselektronik in die Koordinaten des Auftreepunkts in einem carthesischen Bezugssystem umgerechnet. Eine schematische Zeichnung in Abbildung 2.2 und ein Foto in Abbildung 2.3 zeigt den Detektor mit allen wesentlichen Komponenten. Die zeitliche Aufllsung wird durch Ablesen einer TAC-Uhr, die die Flugzeit der Atome von der Quelle zum Detektor miit, realisiert.

Die hier involvierten Einzelschritte werden im folgenden genauer beschrieben.

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Abbildung 2.1: Im oberen Bild ist ein zeitlich nicht aufgellstes Beugungsmuster dargestellt. Im Vergleich zum unteren, zeitaufgellsten Muster sind die Beugungsordnungen links und rechts der Hauptordnung viel breiter, da Atome unterschiedlicher G e s c hwindigkeit unterschiedliche Beugungsweiten aufweisen. Dieses Beugungsmuster wurde auch geschwindigkeitsaufgellst und zwar mit 10 Geschwindigkeitskategorien vermessen. Jede einzelne Kategorie umfaat nattrlich w eniger Atome als die Gesamtmessung, sodaa das statistische Rauschen im unteren Teilbild hhher ist, die Beugungsordnungen sind von der Hauptordnung aber viel klarer getrennt.

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Abbildung 2.2: Im linken Bild ist die Vorderseite des Detektors dargestellt. Man erkennt zwischen den beiden goldbeschichteten Halteringen die schwarzen Mikrokanalplatten. Hinter diesen Mikrokanalplatten ist die dunkle Widerstandsanode gut zu erkennen.

Im rechten Bild ist die Hinterseite des Detektors zu erkennen. Sichtbar sind hier sechs Kontaktierungen, von denen vier der Abffhrung der Ladungen der Widerstandsanode und zwei der Spannungsversorgung der Mikrokanalplatten dienen. Der Widerstand schtzt den Detektor vor Kurzschllssen.

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Abbildung 2.3: Im Foto des Detektors erkennt man die Mikrokanalplatten sowie deren Haltering. Auch eine Vorrichtung zur Eichung der rrumlichen Aufllsung des Detektors ist sichtbar.

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Die Mikrokanalplatten

Neben anderen Systemen verffgen Mikrokanalplatten ber die Mglichkeit der ortsaufgellsten Atomdetektion an verschiedenen, voneinander entfernten Orten. Mikrokanalplatten sind ddnne Scheiben aus leitendem Material, das einen sehr hohen elektrischen Widerstand besitzt. Durch diese Platten hindurch fhren viele kleine Lcher, die Mikrokannle, von der Ober- zur Unterseite. Eine schematische Darstellung einer Mikrokanalplatte gibt Abbildung 2.4. Zwischen beiden Seiten einer solchen Platte wird eine hohe Spannung angelegt, sodaa sich in den Kannlen ein elektrisches Feld von der einen zur anderen Seite der Platte aufbaut. Triit nun ein energiereiches Photon, Atom oder Ion auf die Oberrrche dieser Platte auf, so kann es, durch die in Abschnitt 2.1 beschriebenen Eekte, ein Primmrelektron aus dem Plattenmaterial herausschlagen. Dieses Elektron wird von der angelegten Spannung in einen Mikrokanal gesogen und in diesem stark beschleunigt, wobei es kinetische Energie gewinnt, sodaa es bei jeder Kollission mit der Wand des Mikrokanals einige weitere Elektronen, sogenannte Sekunddrelektronen, aus dem Plattenmaterial herausllst, die nun ihrerseits beschleunigt werden und weitere Elektronen aus der Kanalwand herausschlagen. Auf diese Weise kann das ursprrnglich v om Photon oder Atom produzierte einzelne Elektron millionenfach v ersttrkt und der so entstehende Ladungspuls gemessen werden. Eine Schematische Darstellung des Versttrkungsprozesses gibt Abbildung 2.5. Gelingt es nun noch festzustel-

Abbildung 2.4: Schematische bersicht ber einen kleinen Teilbereich einer Mikrokanalplatte. Ein auftreeendes Argonatom llst ein Primmrelektron aus, das in einem Mikrokanal durch Sttte mit der Kanalwand vervielfacht wird. Am unteren Ende der Platte tritt dann eine Ladungswolke aus. Der dargestellte Bereich miit in Wirklichkeit circa 1/4 mm ² .

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len, aus welchem Mikrokanal dieser Strom an der Unterseite der Mikrokanalplatte austritt, so kann die genaue Position des Primmrelektrons festgestellt werden.

Unser Detektor verwendet zur Versttrkung des Primmrelektrons drei eng bereinander gestapelte runde Mikrokanalplatten aus Nichrom, deren in einem hexagonalen Muster an-geordnete Mikrokannle mit einem Durchmesser von 25 m und einem Mittelpunktsabstand von 32 m die Platten gleichsam durchsieben. Die Mikrokanalplatten, kurz MCPP vom englischen microchannel-platee genannt, selbst haben eine Dicke v on 1,02 mm und einen Druchmesser von 2,5 cm, wodurch sich eine Detektionsssche von 4,9 cm ² ergibt. An jede Platte kann eine Spannung von 1000 Volt angelegt werden, sodaa bei einem Widerstand von jeweils etwa 6 0 M ein Strom von 15 Mikroampre durch die Platten ieet. Insgesamt b etrrgt der Versttrkungsfaktor der Primmrelektronen je nach t a t s c hlich angelegter Spannung 10 bis 100 Millionen.

Abbildung 2.5: Der Prozee der Elektronenversttrkung in einem Mikrokanal. Das vom Arogonatom ausgellste Primmrelektron, ganz oben im Bild, wird in einen Mikrokanal gesogen und stttt nach Energiegewinn durch die angelegte Beschleunigungsspannung mit der Ka-nalwand. In dieser Zeichung werden durch den Stoo zwei Sekunddrelektronen aus dem De-tektormaterial herausgeschlagen, die ihrerseits mit der Mikrokanalwand stooen. So entsteht die Elektronenlawine.

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Die Widerstandsanode

Zur Positionsdetektion der aus der untersten Mikrokanalplatte austretenden Elektronenwolke ndet eine Widerstandsanode Verwendnung. Es ist dies ein quadratisches Pllttchen, das 5 mm unter der letzten Mikrokanalplatte angebracht ist, und auf das die Elektronen an einem bestimmten Punkt auftreeen, je nachdem in welchem der 540 000 Mikrokannle das Primmrelektron ausgeschlagen wurde. Diese Widerstandsanode liegt im Vergleich z u r untersten Mikrokanalplatte auf positiver Spannung (200 Volt), sodaa die Elektronen nach ihrem Austritt aus dem Plattenstapel mglichst geradlinig zur Anode hingezogen werden. Eine geringe Ausdehnung der Elektronenwolke auf dieser Strecke ist jedoch s c hon aufgrund der elektrostatischen Abstooung der Elektronen untereinander unvermeidlich.

Die Wolke zerrieet nach ihrem Auftreeen auf der Widerstandsanode entsprechend den Entfernungen des Auftreepunktes von den Ecken des Pllttchens zu den an diesen vier Ecken angebrachten Kontakten, A, B, C und D. Die an diesen Kontaktierungen gemessenen Ladungen dienen zur Positionsbestimmung des an der Oberrrche der ersten Mikrokanalplatte ausgellsten Primmrelektrons.

Nachdem diese vier Ladungen als kleine Strrme aus der Vakuumkammer herausgeffhrt, in einen Vorversttrker geleitet und dort in Spannungspulse umgesetzt wurden, werden sie entsprechend der elektrischen Ladung in den Pulsen auf 0,4 bis 3,5 Volt versttrkt. Zusstzlich w erden sie von rein positivem auf bipolares Niveau umgesetzt, um die Spannungspulse gleichstromfrei zu halten, was deren weitere Verarbeitung vereinfacht. Die Ortsinformation steckt nun also in den Amplituden dieser Spannungen. Zusstzlich w erden vom Vorversttrker noch z w ei TTL-Signale, die die Verllllichkeit des gemessenen Pulses bestttigen, produziert.

Die rechnerische Positionsbestimmung

Diese Spannungen werden anschlieeend in einen sogenannten Positionsanalysator, englisch position analyzerr, gespeist, der die Amplituden der Spannungen in Koordinaten eines carthesischen Bezugssystems umrechnet. Der gesamte Detektor liegt hierbei im ersten Quadranten des Bezugssystems, sodaa nur positive K oordinaten auftreten. Aufgrund spezieller Beschaaenheit der Widerstandsanode im Zusammenspiel mit den Konvertierungseigenschaften des Vorversttrkers gestaltet sich die Positionsanalyse denkbar einfach. Der Auftreepunkt der Elektronenwolke auf der Widerstandsanode kann aus den vier analogen Spannungssignalen durch Summation und Normierung gewonnen werden, was rauscharme und schnelle Analogschaltungen im position analyzer ermmglicht. Bezeichnet man die vier Kontaktierungen der Widerstandsanode mit A, B, C und D, w obei der Nullpunkt des Koordinatensystems im Punkt D liegt (siehe hierzu auch Abbildung 2.6), so ergeben sich fr die X und Y -Koordinaten des Auftreepunkts im carthesischen Bezugssystem die Formeln

B + C

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Die so gewonnenen Koordinaten werden durch analoge Spannungen im Bereich zwischen null und ffnf Volt reprrsentiert, sind ab 0,8 s n a c h dem Auftreeen des Atoms oder Photons auf der Mikrokanalplatte verffgber und werden ffr eine gewisse Zeit, in unserem Fall ffr etwa 9 s a n e n tsprechend markierte Ausggnge des Positionsanalysators gelegt. Dies plus die 0,8 s fr die Berechnung der Position ist auch d i e T otzeit des Systems. WWhrend der Zeit, in der diese Signale mit verllllicher Genauigkeit anliegen, produziert der position analyzer das sogenannte STROBEE Signal, das TTL Deenitionen gengt. Es erleichtert das Auslesen dieser Koordinaten durch externe Aufzeichnungsgerrte, zum Beispiel mittels computergetttzter Datenaufnahme.

Weiters verffgt der Positionsanalysator ber die MMglichkeit diese analogen Signale zu digitalisieren und mit einen Genauigkeit von 10 Bit entsprechend 1024 unterschiedenen Spannungswerten auszugeben. Die Dauer der analog-digital Konversion (englisch analog to digital conversionn kurz ADCC) bestimmt w esentlich die oben angegebene Zeit von 9 s, whrend der die Signale anliegen. Ohne ADC knnte diese Zeit auf 3,8 s reduziert werden. Um diese digitale Positionsinformation auszulesen, gibt es zusstzliche TTL-Signale, die wie das analoge STROBE Signal die Aufgabe haben, das sogenannte handshakingg, die Synchronisation digitaler Prozesse, mit Aufzeichnungsgerrten zu ermmglichen.

Zeitliche Aufllsung

Die ebenfalls erforderliche Zeitaufllsung des Detektionssystems kann durch Ablesen einer nebenher laufeneden Uhr zu genau jenen Zeitpunkten, zu denen das STROBE Signal vorliegt, geschehen. In unserem Experiment stellt ein TACC, ein sogenannter time to amplitude converterr, eine bequeme Uhr dar, da dieser ebenfalls ein analoges Zeitsignal produziert und zu bestimmten Zeitpunkten auf null zurrckgesetzt werden kann.

Das gesamte Detektionssystem wird von Quantar Technology angeboten und besteht aus dem Mikrokanalplattensensor, der von einer Hochspannungsquelle versorgt ffr jedes detektierte Atom oder Photon eine Elektronenlawine erzeugt, einer Widerstandsanode, die

Abbildung 2.6: Im Koordinatensystem der quadratischen Widerstandsanode liegt der Kontakt D im Ursprung. Die Koordinaten (XXY ) des Auftreepunktes der Elektronenwolke (dunkler Punkt) auf der Anode werden nach abbieeen der Ladungen zu den Eckkontakten (symbolisiert durch die Pfeile) wie in den Formeln (2.1) berechnet.

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den Auftreepunkt der Elektronenlawine in vier Strrmen codiert, einem Vorversttrker, der die Form der aufgenommenen Strrme verrndert, sie in Spannungen konvertiert und auf ein leichter zu verarbeitendes Niveau versttrkt, einem Positionsanalysator, der diese Spannungen mittels ihrer Betrrge und relativen Sttrken in Koordinaten eines carthesischen Bezugssystems umrechnet und schlieelich aus einem noch zu beschreibenden computergestttzten Datenverarbeitungssystem, das alle aufgezeichneten Ereignisse verarbeitet und speichert.

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2.3 Der Detektor im Zusammenhang mit dem Experi-ment

Im folgenden wird der Einbau des Detektors in die Atomstrahlsapparatur im Zusammenhang mit den Erfordernissen des Experiments beleuchtet.

Die erforderliche Aufllsung

Die wichtigste berlegung betraf die Aufllsungseigenschaften des Detektors. In unserem La-bor ffhren wir Beugungsexperimente mit Argonatomen durch, bei denen Ablenkwinkel von typischerweise 40 rad auftreten. Da sich der Detektor 1,24 Meter in Strahlrichtung hinter der Wechselwirkungszone bendet, sind die gebeugten und die unabgelenkten Atome in der Detektionsebene circa 50 m separiert. Demzufolge wird fr die Detektion eine eindimensionale rrumliche Aufllsung von mindestens 25 m benntigt. Die zur Erfassung der Dispersion der Argonatome im Vakuum durchzuffhrende Geschwindigkeitsspektroskopie muu zufolge der Emissionseigenschaften der Argonquelle Atome einer Geschwindigkeit zwischen 400 und 1000 m/s aufllsen. Aufgrund der Baullnge unserer Atomstrahlanlage von 3 Metern von der Quelle bis zum Detektor ergeben sich aus der Geschwindigkeit der Atome Flugzeiten zwischen 3 und 8 ms. Zur Geschwindigkeitsspektroskopie wird die Atomquelle gepulst betrieben. FFr eine ausreichend hohe Atomemissionsrate (um 200 cps) sind die Atompulse typisch 200 s lang. Daher reicht fr das Detektionssystem eine zeitliche Aufllsung von 100 s v ollauf. 2

Die Leistung des Detektors

Die zeitliche Leistungsffhigkeit einerseits wird durch den position analyzer mit weniger als 0,4 s begrenzt und ist auf Grund der Eigenschaften der Atomquelle im gepulsten Betrieb weit hhher als erforderlich.

Die Ortsaufllsung andererseits wird zunnchst einmal durch die Kannle der drei Mikrokanalplatten begrenzt. Der Lochabstand der Kannle betrrgt 32 m sodaa die maximal mmgliche Aufllsung hierdurch unmittelbar limitiert ist. Diese rtliche Sensitivittt wird durch d i e Eigenschaften der Widerstandsanode weiter reduziert. Eine genaue Untersuchung der Vorggnge des Detektionsschemas involviert auch Johnson-Rauschen im Widerstand der Anode sowie statistisches Rauschen der Versttrkung der Elektronen. Zusstzlich tritt noch Rauschen im Vorversttrker und auch in der Elektronik des position analyzers auf, was die Aufllsung nochmals ein wenig verschlechtert.

Die insgesamt erzielte Aufllsungsqualittt des Detektionssystems wurde von der Herstellerrrma Quantar Technology ffr unseren Detektor durch Beleuchtung mit einem ddnnen BBndel UV-Photonen gemessen und betrrgt laut Performance Test Data Manuall19]

² Der zu vermessene Geschwindigkeitsumfang ist von Experiment zu Experiment u n terschiedlich, je nachdem welche Fragen ans Experiment gestellt werden. Beispielsweise erlaubt eine Einschrrnkung des Umfangs langsamer Atome eine hhhere Quellenpulsfrequenz und damit ber eine hhere Atomzzhlrate eine Verkkrzung der Meezeit.

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97,0 m FWHM (siehe Abbildung 2.7). Eine in unserem Labor durchgeffhrte Untersuchung der FWHM-Aufllsung des Detektorsignals bei Abbildung eines neutralen Atomstrahls ermittelt einen hnlichen Wert, 102,2 m (siehe Abbildung 2.8). Dies liegt leider bedeutend ber dem ffr unsere Zwecke erforderlichen Wert.

Abbildung 2.7: Dieses Aufllsungsprool wurde von Quantar Technology mit einem P h = 50 m ddnnen UV Photonenbbndel gemessen. Insgesamt wurden 57 750 Photonen gezzhlt. Der Detektor miit dabei ein Strahlprool mit einer FWHM Breite von tot = 1 0 9 2 m. Die Fehlerfortppanzung errechnet ffr die Auflsung ² tot = ² Det + ² P h . Daher betrrgt die Aufllsung des Detektors Det = 9 7 0 m

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Abbildung 2.8: Das hier dargestellte Auflsungsprool wurde mit dem in unserem Experiment v erwendeten Atomstrahl bestimmt. An der Stelle des Detektors hat der Strahl einen Durchmesser von etwa 1 7 m bei einer schwankenden Intensittt von rund 2000 cps. Der De-tektor liefert bei Normaleinfall des Atomstrahls auf den Detektor dabei ein Strahlprool mit einer Breite von 104,1 m. Die reine Detektoraufllsung betrrgt nach Abbilung 2.7 damit 102,2 m.

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